Conoscenza e capacità di comprensione: Comprendere i principi e le leggi fondamentali della progettazione ed analisi di sistemi elettromeccanici, in particolare di trasformatori, motori e generatori elettrici. Conoscere le modalità di dimensionamento e di scelta delle macchine elettriche in base a requisiti ed applicazioni di impiego. Conoscere le modalità e le principali normative di riferimento per la prova e il collaudo di motori e generatori elettrici.
Conoscenza e capacità di comprensione applicate: essere in grado di eseguire il dimensionamento e progetto elettromagnetico completo di una macchina elettrica, di tipo asincrono, sincrono a rotore avvolto, sincrono a magneti permanenti, sincrono a riulttanza. trasformatore trifase. Essere in grado di redigere una relazione sulla prova di collaudo di un motore o generatore elettrico.
Autonomia di giudizio: essere in grado di applicare le conoscenze e competenze apprese per valutare criticamente la scelta, il progetto ed il test di una macchina elettrica sulla base dei requisiti e delle applicazioni.
Abilità comunicative: saper redigere una relazione tecnica completa descrittiva del dimensionamento, progetto, scelta e test di una macchina elettrica.
Capacità di apprendere: saper raccogliere le informazioni tecniche necessarie al progetto della macchina quali proprietà fisiche dei materiali; saper interpretare i dati di specifica di progetto. Saper interpretare e valutare i report di collaudo di motori e generatori elettrici.

Fondamenti di Macchine Elettriche

1. CONVERSIONE ELETTROMECCANICA DELL’ENERGIA.
Leggi fondamentali della conversione elettromeccanica dell’energia. Energia e coeneriga magnetica. Calcolo di forze e coppie in convertitore elettromeccanico ideale.
2. MATERIALI PER LE COSTRUZIONI ELETTROMECCANICHE.
Materiali ferromagnetici dolci. Curva B-H. Nuclei laminati. Perdite specifiche. Formule di Bertotti e Steinmetz. Coefficiente di lavorazione.
Magneti permanenti. Induzione residua e campo coercitivo. Smagnetizzazione. Effetti termici.
Materiali dielettrici. Classe termica. Rigidità dielettrica. Costante dielettrica.
Conduttori e loro proprietà fisiche.
3. CRITERI DI CLASSIFICAZIONE DELLE MACCHINE ELETTRICHE
Tipo di servizio (S). Indice di protezione (IP). Tipo di raffreddamento (IC). Tipo di installazione (IM).
4. TRASFORMATORI
4.1 Aspetti costruttivi. Nuclei laminati. Avvolgimenti elettrici. Strutture meccaniche. Raffeddamento. Isolamento. Protezione da sovratensioni. Accessori.
4.2 Dimensionamento e progetto. Dati di specifica e di targa. Flusso di colonna. Colonne e gioghi. Nucleo laminato. Avvolgimenti elettrici. Isolamenti e canali di raffreddamento. Cassone.
4.3 Verifica e calcolo. Corrente a vuoto. Resistenze. Reattanze di dispersione. Tensione di corto circuito. Cadute di tensione. Correnti di corto circuito. Perdite nel rame e nel ferro. Rendimento. Sforzi elettrodinamici.
5. GENERALITA’ SULLE MACCHINE ROTANTI.
Pacchi laminati. Avvolgimenti a bobine multispira, a barre Roebel, slotless, a cave frazionarie, concentrati. Isolamenti e impregnazione. Schemi elettrici.
Circuiti di raffreddamento a ciclo aperto e chiuso. Ventilazione assiale e bilaterale simmetrica. Macchine autoventilate ed elettroventilate. Scambiatori di calore aria-aria e aria-acqua.
6. MACCHINE ASINCRONE
6.1 Aspetti costruttivi. Statori in filo e in piattina. Rotori a gabbia ed avvolti. Tecnologie di fabbricazione e montaggio.
6.2 Dimensionamento e progetto. Dati di specifica e di targa. Dimensioni principali. Flusso per polo. Nucleo statorico. Avvolgimenti elettrici. Isolamenti elettrici. Nucleo rotorico. Gabbia rotorica.
6.3 Verifica e calcolo. Corrente a vuoto. Resistenze. Reattanza magnetizzante. Reattanze di dispersione. Perdite e rendimento. Soluzione numerica del circuito equivalente. Scorrimento. Fattore di potenza. Rendimento. Curve di avviamento. Funzionamento a velocità variabile.
7. MACCHINE SINCRONE A ROTORE AVVOLTO
7.1 Aspetti costruttivi. Tecnologie di statore. Rotori isotropi e a poli salienti, a nucleo laminato o massicio. Eccitatrici rotanti alimentate in corrente continua o alternata. Raddrizzatori rotanti.
7.2 Dimensionamento e progetto. Dati di specifica e di targa. Dimensioni principali di macchina. Flusso per polo. Nucleo magnetico di statore. Avvolgimento di statore. Nucleo rotorico. Avvolgimento di eccitazione e gabbia di smorzamento. Isolamenti elettrici.
7.3 Verifica e calcolo. Caratteristica a vuoto. Reattanze sincrone. Reattanze di dispersione. Soluzione numerica del diagramma di Potier. Amperspire a carico. Perdite. Rendimento. Reattanze transitorie e subtransitorie. Costanti di tempo.
8. MACCHINE SINCRONE A MAGNETI PERMANENTI E A RILUTTANZA
8.1 Aspetti costruttivi. Macchine a magneti superficiali. Magnetizzazione radiale, parallea o ad array di Halbach. Magneti interni. Macchine a magneti permanenti a riluttanza assistita. Macchine a riluttanza. Rapporto di salienza.
8.2 Progetto e calcolo. Principi generali di progetto. Circuiti equivalenti a regime e sua soluzione numerica. Prestazioni a carico. Analisi con il metodo degli elementi finiti.
9. ELEMENTI DI COLLAUDO E PROVA DI MACCHINE ELETTRICHE ROTANTI
9.1 Collaudo di motori asincroni.
9.2 Collaudo di macchine sincrone.

Slides mostrate a lezione e rese disponibili agli studenti individualmente prima delle lezioni stesse. Le slides sono strutturate nella forma di dispense adatte allo studio individuale.

1. CONVERSIONE ELETTROMECCANICA DELL’ENERGIA.
Leggi fondamentali della conversione elettromeccanica dell’energia. Energia e coeneriga magnetica. Calcolo di forze e coppie in convertitore elettromeccanico ideale.
2. MATERIALI PER LE COSTRUZIONI ELETTROMECCANICHE.
Materiali ferromagnetici dolci. Curva B-H. Nuclei laminati. Perdite specifiche. Formule di Bertotti e Steinmetz. Coefficiente di lavorazione.
Magneti permanenti. Induzione residua e campo coercitivo. Smagnetizzazione. Effetti termici.
Materiali dielettrici. Classe termica. Rigidità dielettrica. Costante dielettrica.
Conduttori e loro proprietà fisiche.
3. CRITERI DI CLASSIFICAZIONE DELLE MACCHINE ELETTRICHE
Tipo di servizio (S). Indice di protezione (IP). Tipo di raffreddamento (IC). Tipo di installazione (IM).
4. TRASFORMATORI
4.1 Aspetti costruttivi. Nuclei laminati. Avvolgimenti elettrici. Strutture meccaniche. Raffeddamento. Isolamento. Protezione da sovratensioni. Accessori.
4.2 Dimensionamento e progetto. Dati di specifica e di targa. Flusso di colonna. Colonne e gioghi. Nucleo laminato. Avvolgimenti elettrici. Isolamenti e canali di raffreddamento. Cassone.
4.3 Verifica e calcolo. Corrente a vuoto. Resistenze. Reattanze di dispersione. Tensione di corto circuito. Cadute di tensione. Correnti di corto circuito. Perdite nel rame e nel ferro. Rendimento. Sforzi elettrodinamici.
5. GENERALITA’ SULLE MACCHINE ROTANTI.
Pacchi laminati. Avvolgimenti a bobine multispira, a barre Roebel, slotless, a cave frazionarie, concentrati. Isolamenti e impregnazione. Schemi elettrici.
Circuiti di raffreddamento a ciclo aperto e chiuso. Ventilazione assiale e bilaterale simmetrica. Macchine autoventilate ed elettroventilate. Scambiatori di calore aria-aria e aria-acqua.
6. MACCHINE ASINCRONE
6.1 Aspetti costruttivi. Statori in filo e in piattina. Rotori a gabbia ed avvolti. Tecnologie di fabbricazione e montaggio.
6.2 Dimensionamento e progetto. Dati di specifica e di targa. Dimensioni principali. Flusso per polo. Nucleo statorico. Avvolgimenti elettrici. Isolamenti elettrici. Nucleo rotorico. Gabbia rotorica.
6.3 Verifica e calcolo. Corrente a vuoto. Resistenze. Reattanza magnetizzante. Reattanze di dispersione. Perdite e rendimento. Soluzione numerica del circuito equivalente. Scorrimento. Fattore di potenza. Rendimento. Curve di avviamento. Funzionamento a velocità variabile.
7. MACCHINE SINCRONE A ROTORE AVVOLTO
7.1 Aspetti costruttivi. Tecnologie di statore. Rotori isotropi e a poli salienti, a nucleo laminato o massicio. Eccitatrici rotanti alimentate in corrente continua o alternata. Raddrizzatori rotanti.
7.2 Dimensionamento e progetto. Dati di specifica e di targa. Dimensioni principali di macchina. Flusso per polo. Nucleo magnetico di statore. Avvolgimento di statore. Nucleo rotorico. Avvolgimento di eccitazione e gabbia di smorzamento. Isolamenti elettrici.
7.3 Verifica e calcolo. Caratteristica a vuoto. Reattanze sincrone. Reattanze di dispersione. Soluzione numerica del diagramma di Potier. Amperspire a carico. Perdite. Rendimento. Reattanze transitorie e subtransitorie. Costanti di tempo.
8. MACCHINE SINCRONE A MAGNETI PERMANENTI E A RILUTTANZA
8.1 Aspetti costruttivi. Macchine a magneti superficiali. Magnetizzazione radiale, parallea o ad array di Halbach. Magneti interni. Macchine a magneti permanenti a riluttanza assistita. Macchine a riluttanza. Rapporto di salienza.
8.2 Progetto e calcolo. Principi generali di progetto. Circuiti equivalenti a regime e sua soluzione numerica. Prestazioni a carico. Analisi con il metodo degli elementi finiti.
9. ELEMENTI DI COLLAUDO E PROVA DI MACCHINE ELETTRICHE ROTANTI
9.1 Collaudo di motori asincroni.
9.2 Collaudo di macchine sincrone.

Lezioni frontali
Esercitazioni di calcolo agli elementi finiti
Programmazione software per analisi elettromagnetiche
Seminari tenuti da esperti professionisti e progettisti
Visite a stabilimenti elettromeccanici
Esercitazioni di test e collaudo di motori e generatori

In vista del sostenimento dell'esame, lo studente deve svolgere autonomamente il progetto di un trasformatore trifase e di un motore asincrono. Ad ogni studente sono individualmente assegnate le specifiche per l'esecuzione del progetto. Durante l'esame, viene verificata la corretta esecuzione del progetto e discusse eventuali criticità. La valutazione della preparazione teorica avviene attraverso almeno quattro domande, rispettivamente relative a: trasformatori; macchine asincrone; macchine sincrone a rotore avvolto; macchine sincrone a magneti permanenti e/o a riluttanza. Lo studente dovrà inoltre predisporre un esempio di relazione di collaudo per un motore asincrono e una macchina sincrona.